Η εντροπία ορίζεται ως το ποσοτικό μέτρο της διαταραχής ή τυχαιότητας σε ένα σύστημα. Η έννοια απορρέει από θερμοδυναμική, η οποία ασχολείται με τη μεταφορά του θερμότητα μέσα σε ένα σύστημα. Αντί να μιλάμε για κάποια μορφή «απόλυτης εντροπίας», οι φυσικοί γενικά συζητούν την αλλαγή στην εντροπία που λαμβάνει χώρα σε μια συγκεκριμένη θερμοδυναμική διαδικασία.
Λέξεις κλειδιά: Υπολογισμός της εντροπίας
- Η εντροπία είναι ένα μέτρο πιθανότητας και η μοριακή διαταραχή ενός μακροσκοπικού συστήματος.
- Εάν κάθε διαμόρφωση είναι εξίσου πιθανή, τότε η εντροπία είναι ο φυσικός λογάριθμος του αριθμού των διαμορφώσεων, πολλαπλασιασμένος με τη σταθερά του Boltzmann: S = kσι Στο W
- Για να μειωθεί η εντροπία, πρέπει να μεταφέρετε ενέργεια από κάπου εκτός του συστήματος.
Πώς να υπολογίσετε την εντροπία
Σε ένα ισοθερμική διαδικασία, η μεταβολή της εντροπίας (δέλτα-μικρό) είναι η μεταβολή της θερμότητας (Q) διαιρούμενο με το απόλυτη θερμοκρασία (Τ):
δέλτα-μικρό = Q/Τ
Σε οποιαδήποτε αναστρέψιμη θερμοδυναμική διαδικασία, μπορεί να αναπαρασταθεί στον λογισμό ως το ολοκλήρωμα από την αρχική κατάσταση της διαδικασίας έως την τελική της κατάσταση
dQ/Τ. Με μια γενικότερη έννοια, η εντροπία είναι ένα μέτρο πιθανότητας και η μοριακή διαταραχή ενός μακροσκοπικού συστήματος. Σε ένα σύστημα που μπορεί να περιγραφεί από μεταβλητές, αυτές οι μεταβλητές μπορούν να υποθέσουν έναν ορισμένο αριθμό διαμορφώσεων. Αν κάθε διαμόρφωση είναι εξίσου πιθανή, τότε η εντροπία είναι ο φυσικός λογάριθμος του αριθμού των διαμορφώσεων, πολλαπλασιασμένος με τη σταθερά του Boltzmann:S = kσι Στο W
όπου S είναι η εντροπία, kσι είναι η σταθερά του Boltzmann, ln είναι ο φυσικός λογάριθμος, και W αντιπροσωπεύει τον αριθμό των πιθανών καταστάσεων. Η σταθερά του Boltzmann ισούται με 1,38065 × 10−23 J / K.
Ενότητες της Εντροπίας
Η εντροπία θεωρείται μια εκτεταμένη ιδιότητα της ύλης που εκφράζεται σε όρους ενέργειας που διαιρείται με τη θερμοκρασία. ο Μονάδες SI της εντροπίας είναι J / K (joules / βαθμοί Kelvin).
Η Εντροπία και ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής
Ένας τρόπος για να δηλώσετε το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής έχει ως εξής: σε οποιαδήποτε κλειστό σύστημα, η εντροπία του συστήματος είτε θα παραμείνει σταθερή είτε θα αυξηθεί.
Μπορείτε να δείτε αυτό ως εξής: η προσθήκη θερμότητας σε ένα σύστημα προκαλεί την επιτάχυνση των μορίων και των ατόμων. Μπορεί να είναι δυνατή (αν και δύσκολη) η αντιστροφή της διαδικασίας σε ένα κλειστό σύστημα χωρίς να αντλείται ενέργεια ή να απελευθερώνεται ενέργεια κάπου αλλού για να φτάσει στην αρχική κατάσταση. Δεν μπορείτε ποτέ να πάρετε ολόκληρο το σύστημα "λιγότερο ενεργητικό" από ό, τι όταν ξεκίνησε. Η ενέργεια δεν έχει καμία θέση να πάει. Για μη αναστρέψιμες διαδικασίες, η συνδυασμένη εντροπία του συστήματος και του περιβάλλοντος του αυξάνεται πάντα.
Παρανοήσεις σχετικά με την εντροπία
Αυτή η άποψη του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής είναι πολύ δημοφιλής και έχει καταστραφεί. Ορισμένοι υποστηρίζουν ότι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής σημαίνει ότι ένα σύστημα δεν μπορεί ποτέ να γίνει πιο ομαλή. Αυτό είναι αναληθές. Απλώς σημαίνει ότι για να γίνει πιο τακτοποιημένη (για να μειωθεί η εντροπία), πρέπει να μεταφέρετε ενέργεια από κάπου έξω από το σύστημα, όπως όταν μια έγκυος γυναίκα αντλεί ενέργεια από τα τρόφιμα για να προκαλέσει το γονιμοποιημένο ωάριο να σχηματιστεί σε α μωρό. Αυτό συμβαδίζει πλήρως με τις διατάξεις του δεύτερου νόμου.
Η εντροπία είναι επίσης γνωστή ως διαταραχή, χάος και τυχαία, αν και και τα τρία συνώνυμα είναι ανακριβή.
Απόλυτη Εντροπία
Ένας σχετικός όρος είναι "απόλυτη εντροπία", η οποία υποδηλώνεται από μικρό προκειμένου ΔS. Η απόλυτη εντροπία ορίζεται σύμφωνα με τον τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής. Εδώ εφαρμόζεται μια σταθερά που το καθιστά έτσι ώστε η εντροπία στο απόλυτο μηδέν να ορίζεται ως μηδέν.